基于ts模糊模型的非线性预测控制策略

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1、万方数据第19卷第4期2002年8月控制理论与应用CONTROLTHEORYANDAPPLICATIONSV0119No4Aug2002文章编号：1000—8152(2002)02—05—0599基于T．S模糊模型的非线性预测控制策略+王寅，荣冈，王树青(浙扛大学工业控制技术国家重点实验室．杭州310027)摘要：提出丁一种新的基于T-S模糊模型的非线性预测控制策略．T-S模糊模型用于描述对象的非线性动态特性．通过将模糊模型的输出反馈回来作为模型输入，从而构成了模糊多步预报器由于T_s模糊模型每条规则的结论部分是一个线性模型，因此整个模糊模型可以看作一个线性时变系统

2、，从而将模糊预测控制器中的非线性优化问题转化为一个线性=次寻优问题，以方便求解．口H中和过程的仿真结果表明其性能优于传统的动态矩阵控制器．关键词：模糊模型；非线性；预测控制；pH中和过程中图分类号：TP273文献标识码：ANonlinearpredictivecontrolstrategybasedonT—SfuzzymodelWANGYin，RONGGang，WANGShu—qing(Natioual酗Laboratoryof删‰lTechnoLogy，删iangUniversity．Hallgzholl310027，CllJila)AllsR-act：Anonl

3、inearmodelpredictivecontrol(NMPC)strategybasedOnT-SfuzzymodelisproposedT-Sfuzzyn“lelisusedtoapproximatethedynarmcsofnonlinearprocesscs．Byfeedingtheoutputofthefuzzymodelasthenxxtelinputinacascadeway．amulti-stepfuzzy／xedictorisderivedSmcethecondusicnpartislinear．theT-Sfuzzymodelc∞betreat

4、ed∞alinear血ne-varyingsystem．thencolinearprograminNMPCttnalsintoalinearquadiaticproblmthatcanbeeasilysolvedSimulationresultonapHneulralizationprocessdemonstratesitscontlolped叫manceis铷pe慨toconventionalDMCcontrollerKeywords：fuzzymodel；nonlinear；predictivecontrol；pHneutralizationprocessl引言

5、(Introduction)非线性模型预测控制算法通常需要在线求解非线性规划问题，计算量非常巨大，而且无法保证其收敛性．1995年，Morari等提出先用反馈线性化方法将非线性模型转化为一个线性模型，再利用线性预测控制策略进行优化求解⋯这样可以大大减少在线计算量，但局限于反馈可线性化系统，而且很难将约束条件引入控制器设计．另外一种切实可行的方法是将非线性模型在工作点附近线性化，从而将优化问题转化为线性二次规划问题进行求解，也就是Bieglerf『2J等提出的Newton方法．若干典型问题的研究结果表明，Newton方法比非线性规划方法(如FSQV方法等)快50～10

6、0倍”j．但是，Newton方法需要在线计算对象的雅可比矩阵，工程实施比较复杂．本文采用T-S模糊模型来描述对象的非线性动态特性，其每条规则的结论部分是一个线性模型，对应于对象在该工作点附近的动态特性．这样形成的规刚非常直观，且易于检查其正确性，因此很容易被广大工程技术人员所采用；另一方面，线性系统理论可以直接应用于控制器设计HJ．在此基础上，本文提出了一种新的基于T-S模糊模型的非线性预测控制策略．通过将模糊模型的预报输出反馈回来作为模型的输入，从而构成了模糊多步预报器，以便提供长期预报．这种模糊多步预报器可以看作一个线性时变系统，从而将非线性预测控制策略中的非线

7、性规划问题转化为线性二次规划问题，大大减少了在线优化计算工作量．本文采用的优化策略本质上也是Newton算法，但无需计算雅可比矩阵，从而方便了工程实施．在此基础上，本文进一步证明了这种模糊预测控制策略在闭环系统稳定、无模型失配、稳态值满足幅值约束条件时，闭环系统无稳态跟踪误差．pH中和过程的仿真结果表明其控制效果优于传统的动态矩阵控制器．2模糊多步预报器(Fuzzymulti．steppredictor)2．1T．S模糊模型(T-Sfuzzymodel)为方便描述，这里只讨论单输入单输出系统，读者可以很方便地将本文的结果推广到多输人多输出系统．对象的T-S模糊模